CN105774898B - 电动助力转向系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及车辆助力转向技术领域，特别涉及一种电动助力转向系统，包括用于采集车速信号的车速传感器、用于采集方向盘扭矩信号的扭矩传感器、用于采集方向盘转角和转速信号的转角传感器、用于采集点火信号的点火信号发生器、用于采集侧向加速度信号的侧向加速度传感器、用于采集车辆横摆转速信号的横摆角速度传感器，ECU接收信号并处理后输出电流信号至电机，电机产生的助力扭矩经过增扭后与驾驶员作用在方向盘上的手力矩叠加并通过机械转向系统驱动车轮转向和回正。通过采集侧向加速度信号和车辆横摆转速信号，改善车辆在高、低速下的主动回正功能，提高车辆安全性和舒适性，提高车辆在湿滑等摩擦系数较小路面、大角度急转弯等极限工况下的操纵稳定性及安全性。

Description

电动助力转向系统
技术领域
本发明涉及车辆助力转向技术领域，特别涉及一种电动助力转向系统。
背景技术
电动助力转向系统(Electricial Power Steering System，简称EPS)目前在乘用车领域趋向于作为一种标准配置来开发。EPS可以改善转向系统轻便性与路感之间的矛盾，显著提升车辆的安全性、操作稳定性及舒适性。但是相应受到电机惯量、摩擦、阻尼的影响，EPS的回正性能表现稍差，易出现车辆低速回正不足现象及高速回正过度的现象：低速行驶或是原地转向时由于转向系统中摩擦及阻尼的存在，以及轮胎的阻尼效应，回正力矩不能克服路面和系统摩擦阻力，使得转向盘无法准确回到中间位置、转向盘转角会有残留现象；高速行驶时由于车辆定位参数引起的回正力增大及路面和轮胎间摩擦力减小，方向盘在回正的过程中会出现方向盘转角超调，从而使汽车出现横摆、振荡的现象。由于车辆不能准确的回到直线行驶的位置，从而影响车辆行驶的安全性。因此增强EPS的主动回正性能对于提升EPS的综合性能具有非常重要的意义。
发明专利CN200610027082.4、CN200810204474.2、CN201210022260.X提出的主动回正及阻尼控制的EPS均是通过采集车速信号、方向盘扭矩信号、方向盘转角信号来进行EPS的助力控制、回正控制及阻尼控制。但是存在一个问题：方向盘扭矩信号、转角信号均是对驾驶员驾驶行为的检测，EPS缺少对车辆的实际行驶特性参数进行检测，并且缺少将车辆的实际行驶特性参数反馈给EPS系统，便于EPS系统综合决策控制，输出更适合车辆实际所需的助力扭矩。因此需要将反映车辆实际行驶特性的侧向运动参数输入给EPS系统，作为EPS的输入信号，增强EPS系统的主动回正性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电动助力转向系统，提高车辆操控的稳定性、安全性和舒适性。
为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种电动助力转向系统，包括用于采集车速信号的车速传感器、用于采集方向盘扭矩信号的扭矩传感器、用于采集方向盘转角和转速信号的转角传感器、用于采集点火信号的点火信号发生器、用于采集侧向加速度信号的侧向加速度传感器、用于采集车辆横摆转速信号的横摆角速度传感器，ECU接收上述所有信号以及电机反馈的电流信号并处理后输出电流信号至电机，电机产生的助力扭矩经过蜗轮蜗杆减速器减速增扭后输出助力扭矩，助力扭矩与驾驶员作用在方向盘上的手力矩叠加后通过机械转向系统驱动车轮转向和回正。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：通过采集侧向加速度信号和车辆横摆转速信号，改善车辆在高、低速下的主动回正功能，提高车辆安全性和舒适性，提高车辆在湿滑等摩擦系数较小路面、大角度急转弯等极限工况下的操纵稳定性及安全性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的原理框图；
图3是图2的简化图，其中部分信号通过CAN总线获取；
图4是本发明中ECU的原理框图；
图5是本发明的控制流程示意图。
具体实施方式
下面结合图1至图5，对本发明做进一步详细叙述。
参阅图1-图3，一种电动助力转向系统，包括用于采集车速信号的车速传感器11、用于采集方向盘扭矩信号的扭矩传感器12、用于采集方向盘转角和转速信号的转角传感器13、用于采集点火信号的点火信号发生器14、用于采集侧向加速度信号的侧向加速度传感器15、用于采集车辆横摆转速信号的横摆角速度传感器16，ECU 20接收上述所有信号以及电机30反馈的电流信号并处理后输出电流信号至电机30，电机30产生的助力扭矩经过蜗轮蜗杆减速器40减速增扭后输出助力扭矩，助力扭矩与驾驶员作用在方向盘上的手力矩叠加后通过机械转向系统50驱动车轮60转向和回正。这里通过设置侧向加速度传感器15以及横摆角速度传感器16，将反映车辆实际行驶特性的侧向运动参数即侧向加速度和横摆转速信号实时反馈给ECU 20，通过侧向加速度、横摆转速信号对基本助力控制、主动回正控制、主动阻尼控制的控制电流进行适当修正，使输出的助力力矩更符合车辆实际需求，使回正过程更平稳。顺畅，回正过程无震荡、无超调，回正更准确，从而改善车辆在高、低速下的回正性能，提高车辆的安全性和舒适性。同时，通过适当减小电机的控制电流和电机的助力力矩，可以提高车辆在湿滑等摩擦系数较小的路面、大角度急转弯等极限工况下的操纵稳定性和安全性。
优选地，所述的ECU 20包括传感器接口21、控制模块22和电流控制器23，控制模块22通过传感器接口21接收车速传感器11、扭矩传感器12、转角传感器13、点火信号发生器14、侧向加速度传感器15、横摆角速度传感器16的输出信号以及电机30反馈的电流信号，电流控制器23对控制模块22输出的电流进行叠加处理后输出电流信号至电机30。通过设置传感器接口21，能够方便的获取到各传感器采集到的信息，控制模块22主要用于对采集到的信息进行处理。
参阅图4、图5，作为本发明的优选方案，所述的控制模块22包括转向或回正模式判断单元221、基本助力控制单元222、回正或阻尼控制判断单元223、主动回正控制单元224以及主动阻尼控制单元225，转向或回正模式判断单元221根据车辆是转向或回正状态来控制基本助力控制单元222或回正或阻尼控制判断单元223动作，回正或阻尼控制判断单元223根据车辆速度控制主动回正控制单元224或主动阻尼控制单元225动作，回正或阻尼控制判断单元223、主动回正控制单元224以及主动阻尼控制单元225对传感器接口21输出的信号进行处理并输出电流信号至电流控制器23。由于在不同模式下需要提供不同的电流信息，通过设置转向或回正模式判断单元221和回正或阻尼控制判断单元223，可以方便的判断车辆工作模式，方便后续处理。
转向或回正模式判断单元221根据转角传感器13检测到的方向盘的转角信号以及方向盘转速信号来判断车辆处于转向状态或回正状态，其中方向盘的转角信号包括转角方向和转角大小，方向盘转速信号是通过对方向盘转角信号求导得到的。当方向盘转角θ与方向盘转ω乘积θ*ω≥0表示车辆处于转向模式，θ*ω＜0表示车辆处于回正模式。
当车辆处于转向状态时，基本助力控制单元222开始工作。所述的基本助力控制单元222根据车速信号、方向盘扭矩信号、方向盘转角和转速信号以及其内存储的助力电机的助力特性曲线计算得到助力控制电流Iassist，基本助力控制单元222还根据车辆横摆转速信号、侧向加速度信号以及电机反馈的电流信号对助力控制电流Iassist进行修正得到修正后的助力控制电流I*assist并输出至电流控制器23。
当车辆处于回正状态时，回正或阻尼控制判断单元223根据车速信号判断进行主动回正控制或主动阻尼控制。当车速小于等于设定的车速V0时，这里的V0可以取40Km/h，进行主动回正控制，主动回正控制单元224开始工作，当车速大雨设定的车速V0时,进行主动阻尼控制，主动阻尼控制单元225开始工作。
具体地，主动回正控制单224的工作过程如下，所述的主动回正控制单元224根据车速信号、方向盘扭矩信号、方向盘转角和转速信号计算电机回正电流Ireturn，主动回正控制单元224还根据车辆横摆转速信号、侧向加速度信号以及电机反馈的电流信号对电机回正电流Ireturn进行修正得到修正后的电机回正电流I*return并输出至电流控制器23。根据电流与扭矩的比例关系可以计算出需要的回正助力扭矩值，改善车辆低速回正不足的特性，使低速回正更准确。
具体地，主动阻尼控制单元225的工作过程如下，所述的主动阻尼控制单元225根据车速信号、方向盘扭矩信号、方向盘转角和转速信号计算反向电机阻尼电流Idamp，主动阻尼控制单元225还根据车辆横摆转速信号、侧向加速度信号以及电机反馈的电流信号对反向电机阻尼电流Idamp进行修正得到修正后的反向电机阻尼电流I*damp并输出至电流控制器23。根据电流与扭矩的比例关系可以计算出需要的反向阻尼阻力扭矩值，改善车辆高速回正过渡的特性，使高速回正过程无震荡、无超调，回正更准确。
优选地，所述的电流控制器23对修正后的助力控制电流I*assist、修正后的电机回正电流I*return以及修正后的反向电机阻尼电流I*damp进行叠加处理得到电机控制电流Isum，电流控制器23将电机控制电流Isum分两路输出，其中一路输出至电机30，另一路作为电机30反馈的电流信号通过传感器接口21输出至控制模块22。得到电机控制电流Isum之后，可以根据电流与扭矩的比例关系计算出电机最终的助力扭矩值。
作为本发明的有选方案，所述的传感器接口21通过CAN总线从ESP获取侧向加速度信号和车辆横摆转速信号，传感器接口21通过CAN总线从发动机或电机30获取车速信号。对于很多车辆来说，直接从CAN总线中读取所需要的信号，这样可以减少传感器的使用数量，大大降低了成本和系统的复杂度。

Claims (6)

1.一种电动助力转向系统，其特征在于：包括用于采集车速信号的车速传感器(11)、用于采集方向盘扭矩信号的扭矩传感器(12)、用于采集方向盘转角和转速信号的转角传感器(13)、用于采集点火信号的点火信号发生器(14)、用于采集侧向加速度信号的侧向加速度传感器(15)、用于采集车辆横摆转速信号的横摆角速度传感器(16)，ECU(20)接收上述所有信号以及电机(30)反馈的电流信号并处理后输出电流信号至电机(30)，电机(30)产生的助力扭矩经过蜗轮蜗杆减速器(40)减速增扭后输出助力扭矩，助力扭矩与驾驶员作用在方向盘上的手力矩叠加后通过机械转向系统(50)驱动车轮(60)转向和回正；
所述的ECU(20)包括传感器接口(21)、控制模块(22)和电流控制器(23)，控制模块(22)通过传感器接口(21)接收车速传感器(11)、扭矩传感器(12)、转角传感器(13)、点火信号发生器(14)、侧向加速度传感器(15)、横摆角速度传感器(16)的输出信号以及电机(30)反馈的电流信号，电流控制器(23)对控制模块(22)输出的电流进行叠加处理后输出电流信号至电机(30)；
所述的控制模块(22)包括转向或回正模式判断单元(221)、基本助力控制单元(222)、回正或阻尼控制判断单元(223)、主动回正控制单元(224)以及主动阻尼控制单元(225)，转向或回正模式判断单元(221)根据车辆是转向或回正状态来控制基本助力控制单元(222)或回正或阻尼控制判断单元(223)动作，回正或阻尼控制判断单元(223)根据车辆速度控制主动回正控制单元(224)或主动阻尼控制单元(225)动作，回正或阻尼控制判断单元(223)、主动回正控制单元(224)以及主动阻尼控制单元(225)对传感器接口(21)输出的信号进行处理并输出电流信号至电流控制器(23)。
2.如权利要求1所述的电动助力转向系统，其特征在于：所述的基本助力控制单元(222)根据车速信号、方向盘扭矩信号、方向盘转角和转速信号以及其内存储的助力电机的助力特性曲线计算得到助力控制电流Iassist，基本助力控制单元(222)还根据车辆横摆转速信号、侧向加速度信号以及电机反馈的电流信号对助力控制电流Iassist进行修正得到修正后的助力控制电流I*assist并输出至电流控制器(23)。
3.如权利要求2所述的电动助力转向系统，其特征在于：所述的主动回正控制单元(224)根据车速信号、方向盘扭矩信号、方向盘转角和转速信号计算电机回正电流Ireturn，主动回正控制单元(224)还根据车辆横摆转速信号、侧向加速度信号以及电机反馈的电流信号对电机回正电流Ireturn进行修正得到修正后的电机回正电流I*return并输出至电流控制器(23)。
4.如权利要求3所述的电动助力转向系统，其特征在于：所述的主动阻尼控制单元(225)根据车速信号、方向盘扭矩信号、方向盘转角和转速信号计算反向电机阻尼电流Idamp，主动阻尼控制单元(225)还根据车辆横摆转速信号、侧向加速度信号以及电机反馈的电流信号对反向电机阻尼电流Idamp进行修正得到修正后的反向电机阻尼电流I*damp并输出至电流控制器(23)。
5.如权利要求4所述的电动助力转向系统，其特征在于：所述的电流控制器(23)对修正后的助力控制电流I*assist、修正后的电机回正电流I*return以及修正后的反向电机阻尼电流I*damp进行叠加处理得到电机控制电流Isum，电流控制器(23)将电机控制电流Isum分两路输出，其中一路输出至电机(30)，另一路作为电机(30)反馈的电流信号通过传感器接口(21)输出至控制模块(22)。
6.如权利要求1-5任一项所述的电动助力转向系统，其特征在于：所述的传感器接口(21)通过CAN总线从ESP获取侧向加速度信号和车辆横摆转速信号，传感器接口(21)通过CAN总线从发动机或电机(30)获取车速信号。
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